DE3236708A1 - Elektrischer kraftaufnehmer - Google Patents

Elektrischer kraftaufnehmer

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Publication number
DE3236708A1
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DE
Germany
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deformation
force transducer
force
strain gauges
transducer according
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Withdrawn
Application number
DE19823236708
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English (en)
Inventor
Eberhard Dr. sc. DDR 8027 Dresden Baumann
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Robotron VEB
Original Assignee
Robotron VEB
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2218Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being of the column type, e.g. cylindric, adapted for measuring a force along a single direction

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)

Description

  • Elektrischer EraStauS-nehmer --
  • Die Erfindung betrifft das Gebiet der elektrischen Messung von Kräften mittels Meßwandlern, die mit Dehnungsmeßstreifen aufgebaut sind.
  • Elektrische KraftauSnehmer mit Dehnungsmeßstreifen bestehen aus einem elastischen Körper, meist Verformungskörper genannt, und auf diesem aufgebrachten Dehnungsmeßstrei9en. Die.zu messende Kraft wirkt auf den Verformungskörper ein, der sich dabei verformt und zu Veränderungen der Widerstände der Dehnungsmeßstreifen führt.
  • Diese Veränderungen werden mit elektrischen Mitteln ausgewertet. Außer den Eigenschaften der Dehnungsmeßstreifen und der Technologie ihrer Fixierung gehen Eonstruktion und Technologie der Verformungskörper maßgebend in die Eigenschaften der Kraftaufnehmer ein. Ms sind verschiedene Grundtypen von Verformungskörpern bekannt, die sich durch unterschiedliche MeßeigenschaSten, aber ganz besonders auch durch unterschiedlichen Aufwand für die Herstellung auszeichnen.
  • Verformungskörper vom Stauchkörpertyp sind fertigungstechnisch am günstigsten. Ein wesentlicher funktlonsmäßiger Nachteil ist, daß der Verformungskörper in Kraftrichtung wesentlich länger ausgebildet werden muß als der eigentlichen aktiven Zone - also dem mit Dehnungsmeßstreifen beklebten Teil - entspricht, wenn sich befriedigend kleine Meßfehler ergeben sollen. Das folgt daraus, da3 die durch die äußeren Krafteinleitungsstücke hervorgerufenen Störungen weit genug abgeklungen sein müssen, so daß sich in der aktiven Zone ein definiertes Spannungs- und Verformungsfeld ausbilden kann.
  • Im gleichen Sinne werden durch genügend lange Stauchkörper auch Effekte abgebaut, die dadurch entstehen, daß die äußeren Krafteinleitungsstücke grundsätzlich auch Reibungskräfte (zum Beispiel senkrecht zur wirkenden äußeren Kraft) auf den Verformungskörper übertragen, die sich durch Hysterese in den Übertragungskennlinien widerspiegeln.
  • Außer großem Materialaufwand ergeben sich durch die erforderlichen großen Verformungskörperlän gen zusätzlich Eigenschaftsverschlechterungen, wie geringe Steifigkeit, damit größere Meßwege, sowie größerer Einfluß von Querkräften.
  • Die genannten Nachteile des Stauchkörpertyps werden von Verformungskörpern mit Biege-, Torsions- oder Scherspannungskörpern größtenteils vermieden. Sie haben aber sämtlich mindestens den Nachteil, daß sie sehr hohe Herstellungskosten verursachen. Beim Scherspannungskörper ist zusätzlich das Aufkleben der Dehnungsraeßstreifen sehr kompliziert.
  • Ziel der Erfindung ist es, durch geringe ModiSikationen des Verformungskörpers vom Stauchkörpertyp einen solchen Verformungskörper anzugeben, der die genannten meßtechnischen bzw. materialseitigen Nachteile der bekannten Stauchkörpertypen nicht aufweist, gegenüber Biege-, Scherspannungs- und Torsionskörpern jedoch erheblich geringeren Herstellungsaufwand erfordert. Insbesondere sollen die gegenüber dem normalen Stauchkörper erforderlichen technologischen Schritte sich au9 einfache Bearbeitung, zum Beispiel Bohren, beschränken.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe, einen Verformungskörper vom Stauchkörpertyp anzugeben, der mit nur geringem zusätzlichen Herstellungsaufwand gegenüber den bekannten Stauchkörpertypen bei gleichen meßtechnischen Eigenschaften wesentlich geringere Verformungskörperlänge und damit verringerten Materialverbrauch aufweist oder bei unveränderter Länge wesentlich bessere Meßeigenschaften hat.
  • Das Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in den Verformungskörperabschnitten, die zwischen dem aktiven, die Dehnungsmeßstreifen tragenden Ueil und den äußeren Krafteinleitungsflächen eine Zone ausgebildet wird, die Querdehnungen, die vorzugsweise von Reibungskräften an den EinleituagsSlächen-herrühren, an der Fortpflanzung zum aktiven Teil in besonders starkem Maße behindert. Diese spezielle Zone soll besonders noch derart ausgebildet werden, daß sie die eigentlichen Nutzspannungen im Körper, die in Richtung der äußeren Kraft wirken, besonders wirksam homogenisiert oder aber gezielt und definiert konzentriert.
  • Die spezielle Zone besteht aus einem symmetrisch zur Achse des VerSormungskörpers angeordneten regulären (zum Beispiel zylindrischen, kegelförmigen oder winkel-symmetrischen) Hohlraum innerhalb der Verbindungsstücke zwischen äußeren Krafteinleitungsflächen und dem aktiven Teil des Verformungskörpers. Sie kann auf beiden Seiten des aktiven Teiles oder nur auf einer Seite angeordnet werden.
  • Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der reguläre Hohlraum in der speziellen Zone dadurch entsteht, daß er als Durchdringung mehrerer quer zur Achse des Verformungskörpers gelegener und diesen durchsetzenden Ausnehmungen entsteht. Im technologisch günstigsten Falle werden diese Ausnehmungen durch Bohrungen gebildet.
  • Die Ereindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
  • In der zugehörigen Zeichnung zeigt: Figur 1: Die Grundform des elektrischen Kraftaufnehmers mit Dehnungsmeßstreifen und zwei speziellen Zonen, die aus je einem symmetrisch angeordneten, regulären Hohlraum bestehen.
  • Figur 2: Die Grundform des elektrischen Kraftaufnehmers mit Dehnungsmeßstreifen und zwei speziellen Zonen, die aus Durchdringungen von zwei Bohrungen entstehen.
  • Figur 3: Eine Anordnung gemäß Figur 2 mit nur einer speziellen Zone aus der Durchdringung zweier Bohrungen, deren Winkellage zueinander dem Querschnitt des aktiven Teiles angepaßt ist.
  • Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Grundform des elektrischen Kraftaufnehmers mit Dehnungsmeßstreifen und zwei speziellen Zonen Z beiderseitig zwischen aktivem Teil und den Krafteinleitungsflächen. Der aktive Teil ist der Teil des Verformungskörpers V, der mit den Dehnungsmeßstreifen DE bestückt ist. Zwischen diesem Teil und den Krafteinleitungsflächen, auf die die Meßkraft F wirkt, ist die spezielle Zone Z angeordnet, die einen symmetrisch zur Achse angeordneten regulären Hohlraum S enthält. Dieser Hohlraum erzwingt auf einem relativ kurzen Verformungskörperabschnitt den Ubergang von einer punkt-Sörmig oder auch undefiniert an greifenden äußeren Kraft auf ein ringförmig inneres NormalspannungsproSi1 und damit eine bessere Homogenisierung im Bereich des aktiven Teiles. Gleichzeitig ist der Bereich der speziellen Zone Z relativ weich hinsichtlich Querdeformationen. Das hat die Wirkung, daß Reibeffekte an den KraSteinleitungsflächen mit hystereseartigen Querdehnungszuständen sehr schnell zur aktiven Zone hin abklingen.
  • Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Grundform des elektrischen Kraftaufnehmers mit Dehnungsmeßstreifen und beiderseitig zwischen aktivem Teil und den f(rafteinleitungsflächen angeordneten speziellen Zonen Z, die aus Durchdrnngungen mehrerer gleichartiger, quer zur Achse des Verformungskörpers V gelegener und vollständig diesen durchsetzenden Ausnehmungen entstehen.
  • In der Figur 2 bestehen diese Ausnehmungen aus Bohrungen, die paarweise in gleiches Ebene angeordnet sind und sich unter einem rechten Winkel kreuzen. Durch diese Anord- nung wird die Quersteifigkeit in der speziellen Zone Z besonders stark erniedrigt, was zu einem guten Abklingen der Reibeffekte führt. Außerdem tritt eine Bündelung des Normalspannungsfeldes au9 die Oberflächenbezirke zwischen den Bohrungen au9. Diese Eigenschaft kann zu besonderen Dimensionierungen des Kraftaufnehmers zusätzlich herangezogen werden.
  • Figur 3 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung mit nur einer speziellen Zone Z und einem aktiven Teil mit rechteckigem Querschnitt. Die spezielle Zone Z entsteht durch die Durchdringung zweier Bohrungen gleichen Durchmessers, deren Winkellage zueinander dem Rechteckquerschnitt angepaßt ist.
  • Leerseite

Claims (8)

  1. Patentan srüche S Elektrischer Kraftaufnehmer mit DehnuDgsmeßstreifen und einem VerSormungskörper vom Stauchkörpert-yp, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem aktiven, die Dehnungsmeßstreifen (D.B) tragenden Teil und den äußeren Krafteinleitungsflächen spezielle Zonen (Z) ausgebildet sind, die einen symmetrisch zur Achse des Verformungskörpers (V) angeordneten regulären Hohlraum (S) enthalten.
  2. 2. Elektrischer Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der reguläre Hohlraum (S) zylindrisch, kugelförmig oder in beliebiger Form rotationssymmetrisch ist.
  3. 3. Elektrischer Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der reguläre Hohlraum (S) als Durchdringung mehrerer quer zur Achse des Verformungskörpers (V) gelegener und diesen durchsetzenden Ausnehmungen entsteht.
  4. 4. Elektrischer Kraftaufnehmer nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Durchdringungen identischen Querschnitt aufweisen.
  5. 5. Elektrischer Kraftaufnehmer nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Durchdringungen Bohrungen sind.
  6. 6. Elektrischer Kraftaufnehmer nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Durchdringungen auf einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht auf der Achse des Verformungskörpers (V) steht.
  7. 7e Elektrischer Eraftaufnehmer nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausnehmungen den VerSormungskörper (V) nur teilweise durchsetzen.
  8. 8. Elektrischer Kraftaufnehmer nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die spezielle Zone (Z) nur zwischen einer 1afteinleitungsfläche und dem aktiven Teil angeordnet ist.
DE19823236708 1981-12-23 1982-10-04 Elektrischer kraftaufnehmer Withdrawn DE3236708A1 (de)

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